En 1923, le physicien Américain Robert Andrews Millikan (1868-1953) a reçu le Prix Nobel de Physique de,

« pour ses travaux sur la charge élémentaire de l’électricité et sur l’effet photoélectrique”.,

dans sa conférence Nobel « L’électron et la lumière-Quant du point de vue expérimental”, il a fait référence à l’expérience qui lui avait permis de déterminer la charge de l’électron, laissant son auditoire convaincu qu’il avait vu des électrons:

« celui qui a vu cette expérience, et des centaines d’enquêteurs l’ont observée, a littéralement vu l’électron”.

très souvent, nous, physiciens, disons que nous voyons les choses sur lesquelles nous travaillons, aussi petites ou même abstraites soient-elles., Il ne fait guère de doute, cependant, qu’à L’intérieur de L’appareil utilisé par Millikan, il y avait un monde de particules avec lequel il est devenu si familier qu’il prétendait sans fard voir les choses dans ce monde.

la physique nécessite des expériences, des mesures précises et, bien sûr, des conclusions à tirer. Il existe de nombreux exemples d’expériences décisives dans l’histoire de la physique., L’une des plus célèbres et importantes est celle qui a permis la détermination de la charge de l’électron, menée par Millikan en 1909, connue sous le nom d’expérience de la goutte d’huile ou simplement de L’expérience de Millikan. En effet, elle est considérée comme l’une des « plus belles expériences de physique” et a été déterminante dans la mesure de la charge de l’électron

Robert Andrews Millikan est né à Morrison, Illinois (États-Unis) le 22 mars 1868. Après avoir obtenu son diplôme de L’Oberlin College dans L’Ohio (1891) -où il aimait particulièrement étudier le grec et les mathématiques – il a suivi deux cours de physique élémentaire, ce qui a éveillé son intérêt pour cette discipline. En 1893, il a reçu une bourse à L’Université Columbia, d’où il a obtenu son doctorat en 1895 pour une thèse sur la polarisation de la lumière émise par les surfaces incandescentes., Un phénomène qui avait été observé à l’origine (1824) par François Aragó, Millikan a utilisé de l’or et de l’argent Fondus du Département du Trésor américain pour prouver sa thèse. Après avoir passé un an (1896) en Allemagne aux Universités de Berlin et de Götingen, il retourne aux États-Unis pour répondre à l’invitation du physicien et prix Nobel Albert A. Michelson de devenir son assistant dans le laboratoire Ryerson récemment fondé à L’Université de Chicago. Il y deviendra par la suite conférencier (1910), poste qu’il occupera jusqu’en 1921., Au cours de sa vie (il meurt en 1953), Millikan est professeur de physique, Directeur du Norman Bridge Physics Laboratory et président du California Institute of Technology (CALTECH).

Une goutte d’huile « démasquer” l’électron

Millikan a été un personnage clé dans le développement de la physique aux États-unis dans la première moitié du 20e siècle., S’il fallait le classer comme physicien, sa facette de physicien expérimental devrait sans aucun doute être mise en évidence, tout comme les nombreuses découvertes importantes qu’il a faites, principalement dans les domaines de l’optique et de la physique moléculaire. La première grande réalisation de Millikan a été de déterminer la charge de l’électron, à cette fin, il a utilisé la « méthode de la goutte d’huile”. J. J. Thomson, le physicien britannique, avait déjà établi le rapport charge-masse de l’électron en 1897, mais aucun d’entre eux séparément., En conséquence, s’il était possible de déterminer séparément l’une de ces valeurs (charge ou masse), l’autre pourrait être facilement calculée. Millikan, avec L’aide de Harvey Fletcher, l’un de ses doctorants, a utilisé l’expérience oil-drop pour mesurer la charge de l’électron (et avec cela, sa masse). Lorsque Millikan a commencé une longue série d’expériences en 1907, il travaillait déjà à L’Université de Chicago depuis dix ans, s’était marié, était père de trois enfants et s’apprêtait à fêter son quarantième anniversaire., Il avait acquis une grande renommée en tant que professeur de physique, mais n’avait toujours rien accompli de remarquable en tant que chercheur scientifique.

la charge électrique fondamentale est l’une des constantes de base en physique, par conséquent, sa détermination précise est essentielle pour cette discipline. Dans son expérience, Millikan mesure la force électrique sur une petite goutte d’huile qui a été chargée par un champ électrique créé entre deux électrodes lorsque la goutte était dans le champ gravitationnel. Comme le champ électrique était connu, il était possible de déterminer la charge accumulée sur la goutte d’huile.,

un jet a formé des gouttes d’huile, dont certaines sont tombées à travers un petit espace dans un espace de champ électrique uniforme par deux plaques parallèles chargées. Un microscope a permis d’observer une goutte d’huile particulière et d’apprendre sa masse en mesurant la vitesse terminale de sa chute., La goutte d’huile était chargée de rayons x, et en ajustant le champ électrique, il était possible de la faire rester au repos, en équilibre statique, lorsque la force électrique était égale à la force gravitationnelle opposée. Millikan, effectuant une tâche longue et fastidieuse impliquant un ensemble d’expériences collatérales, a répété l’expérience à de nombreuses reprises, concluant finalement que les résultats obtenus pouvaient être expliqués s’il y avait une seule charge élémentaire (dont il a déterminé la valeur) et que les charges identifiées étaient des multiples entiers de ce nombre.,

en 1909, il envoie son premier article pour publication, dans lequel il explique une technique qu’il appelle « une méthode d’équilibre en goutte pour déterminer la charge de l’électron, e”, intitulée « Une nouvelle modification de la méthode des nuages pour déterminer la charge électrique élémentaire et la valeur la plus probable de cette charge” . Millikan a inclus ses opinions personnelles sur la fiabilité et la validité de chacune de ses 38 observations. Il a marqué sept” très bonnes « observations avec deux astérisques, dix” bonnes « avec un seul astérisque et a laissé les treize autres” satisfaisantes » Sans marque., Un véritable acte d’honnêteté, à l’égard duquel L’historien des sciences Gerald Holton se référera plus tard comme « un geste plutôt rare dans les publications scientifiques”. En septembre 1910, Millikan a publié un deuxième article dans la revue Science sur la charge des électrons intitulé  » l’isolement d’un ion, une mesure de précision de sa charge et la correction de la loi de Stokes”, le premier à expliquer pleinement sa méthode « drop equilibrium”. Trois ans plus tard, en 1913, Millikan améliore les résultats obtenus pour déterminer la charge de l’électron e = 4,774 ± 0.,009 x 10-10 unités électrostatiques de charge (esu), c’est-à-dire 1,592 X 10-19 C (1 esu = 3,33564×10-10 C), ce qui est légèrement inférieur à la valeur actuellement acceptée de 1,602 x 10-19 C, probablement parce que Millikan a utilisé une valeur inexacte pour la viscosité de l’air.

un allié inattendu pour Einstein

Mais ce n’était pas la seule expérience « cruciale” menée par le méticuleux Millikan., En 1905, au cours de son Annus Mirabilis, Albert Einstein a publié l’article intitulé « Sur un point de vue heuristique sur la création et la Conversion de la lumière”. Dans cet article, Einstein analyse théoriquement l’effet photoélectrique, introduisant de manière convaincante le concept de « quantum of light” (rebaptisé plus tard photon) et appliquant les idées de Max Planck, avant que l’un de ses collègues ne l’ait fait, pour expliquer théoriquement l’effet photoélectrique., Planck lui-même s’est avéré être l’un des plus fervents critiques de cette idée de quanta de lumière, tandis que Millikan a rejeté L’idée D’Einstein comme une « hypothèse irréfléchie, pour ne pas dire stupide”, se mettant rapidement au travail pour montrer expérimentalement à Einstein L’erreur de ses manières. Après dix ans d’expériences (1916), Millikan a publié ses résultats dans la revue physical Review dans un article intitulé « Un Direct Photoélectrique Détermination de Planck h” ., Néanmoins, et contrairement à ce qu’il avait initialement prévu, Millikan a non seulement validé expérimentalement L’équation D’Einstein pour l’effet photoélectrique, mais a également déterminé la constante de Planck, h. La conclusion de L’article de Millikan de 1916 ne laisse aucune place au doute:

« L’équation photoélectrique D’Einstein a été soumise à des tests très fouillés et il semble dans tous les cas prédire exactement les résultats observés”.

néanmoins, Millikan avait l’intention de démontrer avec ses expériences que L’idée D’Einstein des « quanta de lumière” était fausse., Dans un article intitulé, « Albert Einstein sur son soixante-dixième anniversaire” (1949), dans la revue Reviews of Modern Physics, Millikan a écrit:

« j’ai passé dix ans de ma vie à tester cette équation de 1905 D’Einstein , et contrairement à toutes mes attentes, j’ai été obligé en 1915 d’affirmer sa vérification expérimentale sans ambiguïté malgré son caractère déraisonnable, car elle semblait violer tout ce que nous savions sur l’interférence de la lumière”.,

Le 14 novembre 1923, Millikan reçut un télégramme de l’Académie royale des Sciences de Suède l’informant qu’il avait reçu le prix Nobel de physique pour ses travaux sur la charge élémentaire de l’électricité et sur l’effet photoélectrique, faisant ainsi de lui le deuxième Américain à le recevoir., Le texte du télégramme se lit comme suit:

5 gs d 2625 803R

STOCKHOLM 1030 AM NOV 14 1923

docteur MILLIKAN

PASADENA CALIF

Prix NOBEL de physique qui vous est décerné veuillez indiquer si vous pouvez être présent à STOCKHOLM DEC 10 TH

HOEDERBAUM, SECY ACADEMY OF SCIENCE

Millikan a participé à la conférence Solvay tenue à Bruxelles (1921) et a reçu des doctorats honorifiques par vingt-cinq universités à travers le monde., En plus du prix Nobel de physique, il a également reçu le prix Comstock en physique de la National Academy of Sciences, la médaille Edison et la médaille Hughes de la Royal Society, sans oublier une foule d’autres honneurs. Millikan est décédé le 19 décembre 1953 à Saint-Marin, en Californie, à l’âge de 85 ans.

Augusto Beléndez

professeur de Physique Appliquée à L’Université d’Alicante et membre de la Société royale espagnole de physique

Bibliographie

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Robert Andrews Millikan, Wikipedia (consulté le 16 avril 2017).